El modelo EM parte III (exceso de potencia específica)
En el artículo anterior dedicado a este tema definíamos lo que se conoce como zoom o cambio de velocidad por altura y viceversa. Teóricamente un avión colocado a 25.000 pies de altura y 600 nudos de velocidad podría iniciar un ascenso salvaje hasta llegar a los 40.000 pies de altura con velocidad cero. El estado de energía (Es) no cambiaría, ya que nos movemos en la misma línea de energía constante y sería igual que al principio. Desde esa posición, el avión podría de nuevo (siempre teóricamente) volver a caer acelerando hasta alcanzar los 600 nudos a 25.000 pies. Como decimos esto es en teoría, pues en la práctica existen otros factores, como el del rozamiento y la resistencia aerodinámica sin ir más lejos, que impedirían alcanzar estas condiciones tal cual se comenzaron.
Para contrarrestar los efectos adversos del rozamiento y la resistencia aerodinámica que tienden a disminuir el estado de energía, se utiliza el empuje. Efectivamente, el estado de energía del sistema puede cambiar con la adición de potencia. El empuje incrementa el estado de energía. El régimen de cambio de (Es) se conoce como "exceso de potencia específica" (Ps) y viene dado por la ecuación:
(2)
donde T es el empuje total del motor (thrust) en libras, D es la resistencia aerodinámica total del avión (Drag) en libras, W es el peso del avión en libras y V es la velocidad verdadera o TAS expresada en pies/segundo. La ecuación anterior nos dice que siempre que el empuje sea mayor que la resistencia aerodinámica, el (Ps) será una cantidad positiva, dando como resultado un incremento de la energía, es decir, un ascenso o una aceleración del avión. Por el contrario, si la resistencia aerodinámica excede el empuje en cualquier momento, la energía disminuirá. El Ps de un avión con unas condiciones dadas de peso, configuración, empuje del motor, velocidad, altitud y factor de carga, determina las características disponibles, o "energía de maniobra" en esas condiciones. Energía de maniobra puede definirse por tanto como la capacidad para cambiar el estado de energía, es decir, la capacidad para ascender o acelerar.
Si recordamos la ecuación que vimos en el artículo anterior:
(1)
La energía (Es) no cambia al compensar altura y velocidad. En esta fórmula, hemos omitido el peso del avión de manera deliberada para facilitar su compresión el la gráfica de arriba y entender el zoom ideal. Sin embargo, en la realidad esto no se da, ya que el avión necesita un tiempo finito para realizar esta maniobra del zoom y a la vez este está sujeto al peso, empuje, resistencia, etc (es decir, del Ps) durante la maniobra. La cantidad de energía ganada o perdida en el zoom depende del valor medio del Ps durante ese periodo.
Para explicar este concepto imaginemos dos aviones diferentes, convengamos en que uno mes más pesado que otro porque lleva más combustible. Si ambos comienzan el zoom a la misma velocidad y a la misma altitud (es decir, el mismo Es), la ecuación (2) muestra que el avión menos pesado tendrá un Ps mayor, por lo tanto conseguirá más energía durante el zoom, y finalizará el zoom más alto que el avión más pesado. Por lo tanto, el Ps así como el estado de energía deben de ser tenidos en cuenta cuando se calcule la capacidad de energía, o la "altura real de energía" de un avión.
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